镀锌线讲义.doc

镀锌线讲义
1、镀锌线的定义：镀锌生产线是对热轧板卷、冷轧板卷进行表面处理的工艺。其生产出的成品按表面镀层状态可以分为：正常锌花镀层、小锌花镀层、无锌花镀层、锌铁合金镀层、差厚镀层、光整。
2、镀锌板是怎么生产出来的：
1）炼铁：高炉炼铁的主要原料是铁矿石，其主要成分是铁的氧化物，如Fe2O3、Fe3O4等。同时使用焦炭作为还原剂和热源，石灰石作为熔剂，将这些材料从高炉的上部加入，并从下部吹入预热的空气，使焦炭燃烧，产生大量的热量，高颅内达到很高的温度，在高温之下铁矿石被还原成铁水和熔渣，分别从底部流出来。
2）炼钢：高炉炼出的铁水中的碳含量较高，同时含有较多的磷、硫等有害元素，必须进行冶炼。现将高炉流出的铁水用鱼雷罐车运到炼钢工厂，倒入转炉或电炉内，再加入一定数量的废钢，同时加入造渣剂，继续加热，使废钢也熔化，并不断向炉内吹氧，使铁水中的碳氧化去除，并脱去铁水中的磷、硫等有害元素，再适当调整化学成分后得到钢水，钢水经连铸机连续铸造冷却后成为板坯。
3）热轧：将板坯送入热轧加热炉内加热，然后进入热轧线热轧。连续热轧线一般先进行板坯的锻打除磷，然后进行往复轧制延伸，当板坯的长度达到一定的程度以后便开始进入连轧工序，经过连续数道轧制工序以后，便轧成厚度在2.0-3.5mm的热轧钢带黑皮卷。
4）酸洗：热轧后的钢带表面覆盖着一层氧化皮，结构复杂，必须在酸洗线上去除。酸洗前一般先用弯曲拉伸破磷，去除大片的氧化皮。酸洗大多采用盐酸水溶液加温以后与氧化铁反应去除氧化膜。先经三级酸洗，后经三级水洗去除残留酸渍。在酸洗线上同时进行剪边，切去热轧板边部不良的部分，也使钢卷宽度尺寸准确地控制在规定的范围之内。
5）冷轧：冷轧是使热轧酸洗之后较厚的钢带在冷态之下，通过压力变形的方式，将厚度进一步下降到镀锌原料所需的厚度。冷轧最常见的有单机架可逆轧机和冷连轧生产线。在单机架可逆轧机上钢带在一台轧机上来回轧制若干个道次，使钢带厚度逐渐变薄。在连续冷轧生产线上，钢带先后通过一组若干台轧机，一步步地连续地轧制到所需的厚度。
6）镀锌：镀锌是对热轧板卷、冷轧板卷进行表面处理的工艺。目前最常见的是冷轧镀锌板，其原料在热轧之后还经过酸洗和冷轧加工。所以厚度较小，而且表面较光洁，适应大部分用途使用。但是随着经济技术的发展，不少场合需要较厚的镀锌板。若对其表面要求不高，则可以直接使用热轧板来镀锌。热轧镀锌板的厚度一般在2-4mm，宽度在1000-1600mm，和冷轧镀锌板的覆盖区域交叉并不太大，所以互换性并不太强。
冷轧板镀锌和热轧板镀锌的优缺点：
热轧板镀锌的最大优势是原料未经冷轧加工，所以价格较便宜，生产成本较低。
热轧板镀锌的工艺特点是采用酸洗前处理，而不是碱洗，在加热炉内无需再结晶退火，只要达到氧化铁还原温度即可，一般为550℃。
热轧板镀锌的产品特点是因原板粗糙度高，镀锌过程中镀层较厚，锌花较小，因而镀锌量往往较大，生产镀层较薄的产品较困难。同时，热轧板的晶粒没有经过冷轧破碎细化，力学性能较差，不能生产深冲级和超深冲级产品。
为了克服热轧板表面较差的特点，目前有的企业采用热轧板经酸洗平整以后再投入镀锌线镀锌，由于增加了一道平整工序，表面的平整度和锌花的均匀性得到了提高，而且可以生产出厚板镀铝锌产品。
3、镀锌线的种类：
3.1、现在世界上镀锌线有两种，连续热镀锌线和连续电镀锌线。这两种镀锌线的区别如下：
1）主要是生产工艺不同，热镀锌是在锌锅溶液中通过，电镀锌是通过电极反应得到。
2）应用在钢结构上的电镀锌一般防锈效果都不是很好，主要是镀锌量达不到，而且镀锌不均匀，一般两三年就出现生锈现象，质量差的暴露在潮湿环境中十几天就生锈了。
3）冷镀锌的工艺过程：将钢材表面化学清洗处理后放进电镀液中，电镀液含氧化锌。直流电一极接钢材，一极接放在电镀液中的锌板。通电后锌以分子状态置换到钢材表面。如果加光亮剂钝化，则体现彩云状光亮镀层。
4）热镀锌的工艺过程：将钢件或铸件浸入熔融的锌液中在其表面形成锌 — 铁合金或锌和锌—铁合金覆盖层的工艺过程和方法。
3.2、热镀锌线按照工艺流程不同，可以分为四种方法：森吉米尔法（改良森吉米尔法）、美钢联法、柯克-诺尔特法（又称惠林法）、塞拉斯法
1）柯克-诺尔特法（又称惠林法）：早期的热浸镀锌都是采用经过退火处理后的冷轧板作为原料进行热镀锌的方法，因而叫做线外退火法。典型的有柯克-诺尔特法（又称惠林法），先将钢带浸涂助镀剂，以防加热过程中氧化，然后经过烘烤到250℃左右，再进入锌锅镀锌，这种工艺过程复杂，而且产品质量较差。
2）塞拉斯法：该方法有两种使用方法，一种是将在线外退火的带钢进行脱脂和酸洗后热浸镀锌；另一种是生产全硬产品时，带钢不经脱脂、酸洗而直接进入直火炉烧去油脂进行热浸镀锌。这种工艺方法很少采用。
3）森吉米尔法：1931年，波兰人森吉米尔成功地将带钢的连续退火工艺和连续热浸镀锌工艺联合起来，在同一条生产线上进行两种工序的生产，不但节省了工序，而且生产出了品质更好的镀锌板，这是一种线内退火法，命名为森吉米尔法。森吉米尔线加热炉有两个相互独立的组成部分，钢带先经氧化性质的煤气加热炉中加热至450℃，以去除钢带表面的油脂，钢带表面也会被氧化。然后钢带进入还原炉内继续加热至700-800℃，完成再结晶退火，还原炉内充氨分解气来还原钢带表面的氧化膜并防止钢带进一步氧化。最后钢带被冷却到480℃，进入锌锅镀锌。森吉米尔法热镀锌工艺的出现时钢带热镀锌技术的飞跃，它形成了现代热镀锌技术的基础，使产品的宽度达到了1m，生产线速度达到了90m/min。钢带表面不再使用助剂，而且温度与锌液一致，就使锌锅的温度、含铝量易于控制，产品质量大幅度提高。
森吉米尔法热镀锌工艺经过一段时间的运用也发现了一些不足之处。主要表现为：氧化炉内钢带加热的温度太低则会增加还原炉的热负荷，还原炉必须很长，如果氧化炉内钢带加热的温度太高则钢带氧化严重，增加还原炉还原难度，因而此工艺又得到进一步改进，成为改良森吉米尔法热浸镀锌。改良森吉米尔法将原来的氧化炉通过调整使空气过剩系数小于1，炉内的氧化性气氛变成了弱氧化性气氛，甚至无氧化性气氛，因而叫无氧炉。并将无氧化炉与还原炉之间用一个狭窄的通道连为一体，形成了整体的加热炉。这一改造就使无氧炉的炉温提高到1200℃以上，钢带温度达到650℃以上，基本上接近于再结晶退火温度，而且在能基本去除钢带表面油污的基础上，钢带表面的氧化现象很少，减小了还原炉还原的难度，炉内保护气体中氢气的浓度可以下降到20%以下，既提高了安全性能，又降低了成本。
4）美钢联法：改良森吉米尔法在20世纪末得到了广泛的应用，但随着现代工业的发展，对镀锌板的质量要求越来越高，改良森吉米尔法也暴露出一些不足。如只靠炉内高温下燃烧和裂解来去除钢带表面的油污并不十分干净彻底；虽然控制了过剩空气系数，但无氧炉仍然会或多或少地使钢带氧化。这两个方面的因素就使镀层的附着力和表面质量受到影响。另外加热炉控制较复杂，停开机时的废品损失较多。为了适应现代工业特别是汽车工业对镀锌板的要求，美钢联法应运而生。
美钢联法设计了专门用于脱脂的碱洗前处理，而且工艺过程越来越复杂，要求越来越高。目前已普遍采用电解脱脂技术，能去除钢带缝隙中的细微油污和铁屑，对产品质量大有好处。美钢联法 取消了无氧炉，全部采用辐射管加热的还原炉，因而还原效果很好，加上钢带表面不再有无氧炉造成的氧化膜，所以保护气体中氢气的浓度可以降低，安全性能又得到了提高。美钢联法生产工艺炉温较低，加上钢带表面铁屑已被洗掉，炉辊结瘤减少，避免了一系列不利因素。炉内断带的概率减少，停机开机的废品减少。进入锌锅的铁屑也很少，锌液中底渣较少，可以实现无底渣操作。特别是美钢联法工艺生产地产品镀层结合力强，表面质量好，所以能满足各种高质量要求的场合。另外，有的产品如镀铝锌硅最好采用美钢联法生产。当然，与森吉米尔法相比，美钢联法设备结构较复杂，生产线长度增加。这些不足自从立式炉技术问世以后便得到了弥补，立式炉加上立式脱脂、立式活套可使生产线占地面积大幅度减小。所以，目前国外高品质、高产量、多品种的生产线大多采用立式炉的美钢联法工艺。而一些企业采用卧式炉的美钢联法设备的建设、操作也很方便。美钢联法已成为当今热镀锌的主流技术。
4、热镀锌线的命名
热镀锌线可根据带厚和生产线年产量来命名。例如，一条镀锌线设计可生产的最大钢带宽度为1250mm，年产量为28万吨，这条生产线可以命名为1250mm连续热镀锌线或者1250mm 28万吨连续热镀锌线或者28万吨连续热镀锌线。
5、具体工艺流程和设备组成（以我司为土耳其一客户所设计并制造的1250mm 28万吨连续热镀锌线为例）
1）本生产线采用美钢联法工艺。依次包括清洗、无氧化退火、热浸镀锌、镀后冷却、光整、拉矫、铬化（钝化）、涂油等工艺步骤。
2）本生产线将卷板原材料展开，经清洗、退火、镀锌、铬化、涂油工艺后卷取成产品。按工艺要求，全线分成七个张力段，构成三个作业工作区（开卷作业区、工艺作业区、卷取作业区）。依据生产线板材的运动方向，主体设备按工艺流程依次组成为：人工上料开卷机组Ⅰ、Ⅱ五辊矫直机Ⅰ剪切机1五辊矫直机Ⅱ剪切机2二辊夹送机Ⅰ焊机二辊夹送机Ⅱ张力辊Ⅰ电解脱脂段蒸汽烘干装置Ⅰ张力辊Ⅱ纠偏辊（1#CPC） 立式储料活套Ⅰ纠偏辊（2#CPC）张力辊Ⅲ测张辊加热炉均热炉炉喉冷却炉均恒炉热张力辊炉鼻锌锅沉没辊气刀冷却塔1#、2#、3#垂直风冷器转向纠偏辊（3#CPC）水平风冷机组转向辊4#、5#、6#垂直风冷机组淬水槽热风吹干双辊纠偏辊（4#CPC）张力辊Ⅳ湿光整机拉矫机组张力辊Ⅴ喷淋钝化蒸汽烘干装置Ⅱ纠偏辊（5#CPC）储料活套Ⅱ纠偏辊（6#CPC）张力辊Ⅵ检查台静电涂油机二辊夹送机Ⅲ剪切机二辊夹送机Ⅳ收卷机组人工下料。
组成生产线主体设备的还包括生产线控制系统、液压系统、气动系统等。为便于人工上、下料，在生产线的开卷、收卷环节提供有移动小车作为上下钢卷的辅助设备。
3）其中这些设备可以分为入口段、工艺段和出口段。
a.入口段：用桥式吊车或移动拖车把带卷装到位于1号和2号开卷机前的1号或2号入口带卷贮存鞍座上，入口带卷车把带卷从贮存鞍座上托起输送，并定位于作业线和开卷机头的中心线上。开卷机头液压张开贴紧卷内壁。带卷车下降并返回到带卷贮存位置，准备接运下一个带卷。
有一个可调节的缓冲辊压在带卷外圈上以防止在剪断和去除捆带时带卷突然松开。缓冲辊也帮助把带卷前端送入矫直装置。
为了便于把带钢穿入矫直机装置，装有一个可倾斜的伸缩式开卷器和喂送台，但只用于上开卷。装料和作业线运行期间开卷机支撑并转动带卷。装有自动对中导向装置，在作业线运行期间保持带钢在作业线的中心线上。入口内径和宽度定中装置用来将带卷定位在开卷机卷筒上。矫直机用来矫直带卷头，以便在焊接前穿带和处理。切头剪把无用的或超规格的头部切除。切头被送到作业线一侧的废料箱中。
将准备好的带钢引导或缓行到汇合夹送辊之前的固定位置，直到开卷机将前面带钢放空，带尾停在焊接机中为止。
前面带钢的尾部在焊接机中进行定位，夹住和被剪切，同时等候的带卷头部点动缓行到焊接机并被定位。二个带钢的头和尾焊在一起同时在焊缝旁冲一个孔做记号。焊接机出口张紧装置或1号张紧装置把钢带从作业线入口端拉出，并喂入入口活套贮存系统。1号张紧装置在作业线运转期间为脱脂段提供反张力，在焊接时，1号张紧装置停止和夹住带钢。脱脂段分为碱喷洗段、碱刷洗段、电解脱脂段、一级水漂洗槽、水刷洗段、二级水漂洗槽、三级逆流漂洗循环槽，各段间配置挤干机，确保槽液的相对稳定和板面的整洁、干爽。
为了保持工艺段恒定的速度，以及为了穿料和焊接带卷，入口段有间隙性操作，活套系统有一定的贮存量。为了把钢带保持在作业线的中心线上，在活套内有一个导向辊，靠卷扬机和力矩电机传动装置使活套系统内的带钢处于恒定的、预先设定的张力之下。在入口活套前设有2号张紧装置。
至此入口段结束。实际上，其特点在于为了焊接带头，入口段要停车，而当机组全速运行时，入口活套系统可供给连续运行的工艺段一定时间的带钢，而当作业线速度减小时，供带时间周期可更长些。
b. 工艺段：钢带从活套出来后通过CPC纠偏辊、3#张紧辊和炉前测张辊进入还原
退火炉段。通过了炉子的加热段、均热段、冷却段、均衡段和热张辊及炉辊室并通过炉鼻将带钢从退火炉密闭送入锌锅，保证其在镀锌前不与大气接触。
加热、均热段的功能是把带钢加热到退火温度，并根据再结晶要求保温一段时间，具体过程为：带钢从入口密封装置垂直进入加热段。入口密封装置放置于加热段底板下，并与之密封联接。入口密封装置由钢带两侧的两组可手动调节的纤维块组成，在穿带时打开，运行时合起贴近钢带。并设有N2封，保证钢带运行时空气不进入炉内。加热和均热在一个炉膛内。加热段10个行程，其中第5——第6行程设置一套炉内双辊纠偏装置。均热段4个行程。在底室两个炉辊上（分属加热段和均热段）设置一套测张仪，以监测炉内带钢张力。带钢通过两侧布置的W型辐射管加热，每根辐射管配有带换热器的烧嘴。所有烧嘴分5区进行控制。助燃空气由一台风机送到各个烧嘴，通过辐射管自身换热器预热到300～400℃，与天然气混合燃烧，产生的废气通过排烟机由烟囱排放到大气。在加热、均热段出口设置1台辐射板温计，用于检测和控制加热、均热段出口钢带温度。
冷却段的功能是将带钢冷却到入锌锅温度，具体过程为：带钢从均热炉通过一个水平过道进入快冷段，快冷段有两个行程，在带钢通过两侧安装有冷却风箱，6套密封循环风机将炉内热的保护气体抽出，经过气水换热器冷却后鼓入风箱，从风箱的喷孔均匀地喷吹在带钢表面。实现对钢带的冷却。带钢的温度控制是通过调节循环风机变频电机的转速，从而调节保护气体流量来实现的。炉内设置9根电加热辐射管，用来对薄带钢加热或冷炉启动。在喷射冷却段出口设置1台辐射板温计，用于检测和控制喷射冷却段出口钢带温度。在炉底辊设置一套测张仪，以监测炉内带钢张力。
均衡段和热张辊室的功能是调整带钢最终入锌锅温度，消除厚带钢核心热和快冷段产生的边部效应，使带钢在整个横断面上温度均匀。对薄规格带钢可实现补热，缩短冷炉启动时间，具体过程为：带钢从快冷段出来后通过一个水平通道进入均衡段，均衡段设两个行程，炉内设置12根电加热辐射管对带钢进行保温均热，然后经过热张辊转向后由炉鼻子进入锌锅。带钢经过热张辊后，炉内外张力隔断，可提高炉外张力，有利于后续气刀对镀层的控制，热张辊室设有3根电加热辐射管。在炉鼻子设置1台辐射板温计，用于检测和控制均衡段出口钢带温度。
经过还原退火炉处理后的带钢，在密闭状态下进入镀锅进行热浸镀，经锅内的沉没辊及两个稳定辊后，垂直向上出镀锅，经气刀吹刮并控制镀层厚度后，进入冷却塔。
锌锅是电感应式。锌锅衬有耐火材料的炉内用感应器加热以熔化，锌锅使锌溶液保持在455～482℃。用一台架空的运送装置慢慢地把锌块直接放进锌锅中，为了控制带钢过线，在锌锅内装有沉没辊和稳定辊。为了控制锌层重量（厚度），装有一气刀系统，通过镀层重量仪进行人工或自动控制。
在带钢出锌锅后，就一直向前送到冷却塔顶部的转向夹送辊。这里装一缓冲辊，用于帮助穿带。在冷却塔顶部的转向夹送辊前，可选用最小锌花处理。最小锌花用一蒸汽箱装置产生。在蒸汽与带钢接触前，把化学溶液注入蒸汽。
在冷却塔顶部的转向夹送辊后，有一冷却段，以进一步冷却带钢，在约260℃进入水淬，水淬后的温度约为150℃。在带钢冷却段装有导向辊，以便把带钢保持在作业线的中心线上。
c.出口段：在冷却段后，带钢将经过拉矫机，在一定的张力即延伸率作用下，对镀锌板带进行拉伸弯曲矫直，用以改善板型，提高平直度，部分消除屈服平台。在拉矫机前，可选用光整机，其功能为消除屈服平台，改善镀锌带钢表面粗糙度，压平锌花及改善和提高镀锌带钢机械性能。
在钢带出了拉矫机后通过5号张力辊进入钝化室，有喷淋式和辊涂式钝化两种形式，其功能是在镀锌后的钢带上涂一层铬酸盐膜或无铬耐指纹溶剂（水性丙烯酸树脂、氨基树脂交联剂），以防止在潮湿存放环境下产生白锈。然后进入热风烘干室以烘干钝化后带钢表面的水膜。在出口卷取机转换时，为了保持恒定的工艺段速度，出口活套贮存系统具有一定的贮存量。为了把钢带保持在作业线的中心线上，在活套内有一个导向辊，靠卷扬机和力矩电机传动装置使活套系统内的带钢处于恒定的、预先设定的张力之下。出口活套一般是放空的，在出口段因带卷规格改变和卷取机转换而停车时，出口活套开始贮存带钢至充满。在剪切并卷取前可选用涂油机对带钢表面进行涂油保护。然后，钢带通过夹送辊由涂油机进入出口剪切机，以用于剪切焊缝和进行分卷。剪切后，钢带通过转向夹送辊行至卷取机， 并将带钢头部准确插入卷取机卷筒和皮带助卷器的带钢咬入口。
为了卷齐带边，设有EPC装置，以检测带钢边部，反馈给伺服控制系统来调整卷取机轴向位置，使之完成齐边卷取。
出口卸卷小车可从张力卷取机上取走带卷，并把带卷输送到带卷存放台和带卷打捆机。成品带卷用桥式吊车或拖车运往成品库存放。
为了测量镀层厚度和向锌锅上的镀层系统提供信号，设置了测量系统。测量
系统有焊缝检测装置，它是当焊缝接近拉矫机和作业线出口段时提供信号。
6、整线的控制系统
整线传动系统主要由开卷机、卷取机及之间的多套张力辊、入口储料机组、出口储料机组、光整机、拉矫机组成，采用交流驱动系统，确保各工艺段张力为所需要的设定值。生产线配置多套CPC、1套EPC系统。
本生产线电气控制设备主要包括基础自动化控制系统、交流传动系统、辅助传动系统、液压压下控制系统、人机界面等，并采用Profibus通讯网络。确保电控系统的先进性、可靠性。电控设备总体要求如下：
整个生产线设有总控系统，其核心是一台工业PC机，通过母线与其他控制系统通讯。整个控制系统采用西门子S7-400系列PLC控制系统。通过设置在控制设备旁边远程I/O模块，对相应设备进行状态采集并提供给PLC。根据采集的现场情况PLC对远程I/O模块发出指令控制现场元件动作。工艺主操室、光整拉矫机段设有人机界面，并通过通讯总线与PLC通讯，通过它可以对相应设备进行运行状态显示和运行参数调整 。同时部分控制柜相对应设有本地操作台，对设备进行方便的维护。在全线设有多处急停按钮，适当设置提示和报警装置，易于处理紧急事故，保证设备和操作人员的安全。在全线布置检测装置、控制装置。检测装置分为纠偏、对中、速度检测、温度检测等。
炉温控制：各段炉温设置热电偶对炉内进行测量，将炉温测量值与设定值的偏差按一定的比例对加热功率控制器进行设定。由炉温控制器进行连续PID控制。
炉压控制：在炉子入口段设排风烟道阀门对炉压进行调节，保证炉压为微正压。
带钢温度控制：在喷冷段的温度控制区设置了变频循环风机，对带温表面进行喷射冷却，控制区的变频循环风机出口管路上设置热电偶对炉内的保护气体温度进行检测，温度信号送监控系统。在喷冷段出口设置辐射高温计，根据带钢测量值与设定值的温度偏差信号作为变频循环风机的变频设定，控制变频循环风机的转速，控制带钢的出口温度。
炉内设防爆点火装置22个，炉压检测6点、炉温检测10点、板温检测3点。

6、镀锌线的发展
1）随着技术的不断发展，最近几年镀锌线又有了新的发展，出现了余热回收系统，并在一些生产线中使用。
退火炉采用辐射管间接加热带钢，燃料经辐射管烧嘴燃烧后生成的烟气从辐射管尾部经空气换热器后排出，此时烟气仍有较高的温度，带有大量热量。为充分利用热能，结合整个机组的能源消耗状况，在炉子的排烟系统管道上增设空气换热器和热水换热气，分别用于带钢清洗后、水淬后、钝化后的热风干燥及加热清洗段碱液。通过回收烟气余热，可减少全线用于清洗和干燥加热的蒸汽或电的消耗，降低生产成本，同时减少能量排放。
2）随着应用领域的扩展，最近又出现了镀铝锌硅生产线和镀锌铝生产线。
镀铝锌硅是指钢带表面涂镀铝（Al 55％）锌（Zn 43.4％）硅（Si 1.6％）
镀锌铝是指钢带表面涂镀铝（Al 5%）锌（Zn 95%）
生产工艺在炉子和锌锅的结构和工艺要求上与镀锌线相比，略有差别。
10